Falla De Biela

Evaluación de la Falla de una Biela de Automotor

C. Cravino, G. Cardús, H. Svoboda, H. De Rosa

Departamento de Ingeniería Mecánica y Naval, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires, Paseo Colón

850, (1406), Ciudad de Buenos Aires, Argentina e-mail: hsvobd@fi.uba.ar, hderosa@fi.uba.ar

RESUMEN

Se analizó una biela de motor de automóvil fracturada en el tercio medio de su longitud sobre la que se realizaron análisis químico, metalográfico, de dureza y fractográfico. Según los resultados obtenidos el material de la biela corresponde a un acero del tipo SAE 1141, que no concuerda con el requerido por el fabricante. No se encontraron defectos microestructurales o superficiales en el material asociados con la falla. La superficie de fractura presenta un comienzo frágil que finaliza con las características fibrosas de un proceso dúctil. A partir de los resultados obtenidos se concluye que la biela superó la tensión de fluencia del material y falló por pandeo plástico, que dio lugar a una notable deformación plástica macroscópica, que devino en la rotura del componente. Se considera que la falla se debió a que el componente estuvo sometido a un esfuerzo mayor al que corresponde a las condiciones normales de funcionamiento.

Palabras clave: Biela, pandeo, acero al C-Mn

ABSTRACT

A fractured automobile engine connecting rod was examined by means of chemical and metallographic analysis, hardness test and fractographic study.

According to the results, the connecting rod material was a SAE 1141 type steel, this material is not in agreement to that required by the manufacturer. Microstructural and surface defects related to the failure were not found. The fracture surface analysis showed a brittle fracture beginning followed by a ductile process.

It is concluded the connecting rod exceeded the yield stress and broke-down by plastic buckling, this fact produced the fracture with an important macroscopic plastic deformation. Therefore it is supposed the failure occurred because the applied load was higher than the corresponding to the normally working conditions.

Keywords: Connecting rod, buckling, C-Mn Steel

1. INTRODUCCIÓN

Desde hace mucho tiempo se viene desarrollando el análisis metalúrgico y mecánico de los componentes fallados en servicio. En este sentido, últimamente se ha sistematizado este trabajo y se han ido incorporando nuevas técnicas de evaluación a las tradicionales ya existentes. En cuanto a la falla de componentes como el estudiado en este caso, se ha encontrado como crítica la calidad superficial que se obtiene del proceso de fabricación del mismo, ya sea por forjado o por fundición, siendo que defectos superficiales como pliegues o fisuras podrían producir la falla del mismo. A su vez, el contenido de ciertos elementos de aleación que promuevan la fragilidad en caliente también se ha limitado. En cuanto al aspecto mecánico, dado que las mayores solicitaciones son de compresión, durante el ciclo de expansión, se tiene en cuenta en el diseño el fenómeno de pandeo, junto con la vida a la fatiga del componente.

El objetivo de este trabajo es analizar la falla de una biela de automotor desde el punto de vista dimensional, metalúrgico y mecánico a fin de determinar una causa probable de esta falla.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2.1. Material

Se recibió un conjunto armado, identificado como pistón, perno y biela correspondiente al motor de un automóvil. Dicho conjunto presentaba la rotura de la biela en su tercio medio, como se observa en la figura 1.

A su vez, se recibió para este estudio la documentación de referencia provista por el fabricante.

2.2. Inspección visual y análisis dimensional

A partir del material recibido, mostrado en la figura 1, se realizó el desarme del conjunto biela, perno y pistón. Sobre todo el conjunto y en particular sobre la biela fallada se realizó una observación visual detallada a fin de obtener información sobre el estado general de los componentes y del proceso de falla en estudio.

Se verificaron que las dimensiones y la geometría de los componentes estuviera de acuerdo a lo especificado en la norma de fabricación. Sobre la sección fallada se determinó el área de dicha sección y el momento de inercia de la misma respecto de ambos ejes de simetría.

Figura 1.- Conjunto con biela fallada.

2.3 Ensayo de tintas penetrantes

Sobre la biela se realizó el ensayo de tintas penetrantes, a fin de determinar la existencia de algún defecto superficial que pudiera haber promovido la falla del componente.

2.4. Caracterización microestructural

Para determinar el material utilizado en la construcción de la biela y a su vez verificar el cumplimiento de la composición química requerida por el fabricante en su especificación se realizó el análisis químico del material en estudio.

A fin de caracterizar la microestructura del material, se extrajeron muestras representativas del componente fallado y se prepararon probetas metalográficas. A su vez, se verificó si la microestructura del material se correspondía con lo establecido en la especificación del fabricante.

Sobre cortes transversales y longitudinales de la biela se determinó la dureza tipo Vickers (HV1kg) como parte de la caracterización del material y a fin de verificar el cumplimiento de la dureza establecida por el fabricante. Además, sobre una de las superficies de fractura de la sección fallada, que se encontraba en buen estado de conservación, se realizó análisis fractográfico por microscopía óptica (LM) y microscopía electrónica de barrido (SEM), a fin de determinar características de la falla en estudio.

3. RESULTADOS

3.1. Inspección visual y análisis dimensional

Se pudo observar que la biela se encuentra deformada plásticamente en el plano XY perpendicular al eje de giro (ver figura 2).

Y superficie

A

X

sección de fractura

superficie

B

Z

Figura 2.- Representación esquemática de la biela.

En la figura 3 se aprecia la biela deformada en el plano X Y

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